光學(xué)超穩(wěn)腔具有超窄線寬、超高細度、穩(wěn)定的共振頻率、優(yōu)良的光譜分辨率等特點,廣泛應(yīng)用在超窄線寬激光、量子精密測量、量子信息處理、量子計算、精密光譜學(xué)、原子重力儀、激光傳感與通信、高精度定位導(dǎo)航授時(PNT)、引力波探測等領(lǐng)域。
光學(xué)超穩(wěn)腔又稱超穩(wěn)光學(xué)腔、超穩(wěn)腔,是一種新型光學(xué)參考系統(tǒng),功能是為超穩(wěn)激光器提供高穩(wěn)定性的頻率參考。根據(jù)腔體結(jié)構(gòu)不同,光學(xué)超穩(wěn)腔分為圓柱形腔、凹形腔、球形腔、立方體腔、多孔腔等;根據(jù)通道數(shù)量不同,光學(xué)超穩(wěn)腔分為單通道超穩(wěn)腔和多通道超穩(wěn)腔。
光學(xué)超穩(wěn)腔是超穩(wěn)激光器的核心部件之一,通過腔長固定、共振增強等方式,將激光頻率鎖定在極其穩(wěn)定的參考頻率上,來實現(xiàn)赫茲級及以上頻率穩(wěn)定性和線寬壓縮。超穩(wěn)激光器的頻率穩(wěn)定度可達10-16量級甚至更高,是精密科學(xué)領(lǐng)域的核心工具,光學(xué)超穩(wěn)腔性能直接決定超穩(wěn)激光器的頻率穩(wěn)定度。
光學(xué)超穩(wěn)腔技術(shù)壁壘高,關(guān)鍵技術(shù)包括腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計、腔體和腔鏡材料選擇、拋光和鍍膜工藝、震動隔離、溫度和真空控制等方面。在腔體和腔鏡材料方面,通常采用微晶玻璃、單晶硅、超低膨脹系數(shù)(ULE)材料等,來保證共振頻率的穩(wěn)定性。
根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2026-2030年全球及中國光學(xué)超穩(wěn)腔(超穩(wěn)腔)行業(yè)研究及十五五規(guī)劃分析報告》顯示,光學(xué)超穩(wěn)腔應(yīng)用場景廣,市場需求不斷釋放。2025年、2026年,清華大學(xué)在清華大學(xué)采購信息發(fā)布平臺發(fā)布的設(shè)備采購意向,均涉及到光學(xué)超穩(wěn)腔項目,其中2026年光學(xué)超穩(wěn)腔采購預(yù)算金額為90萬元。
光學(xué)超穩(wěn)腔技術(shù)壁壘高,在國際市場上,光學(xué)超穩(wěn)腔工程化生產(chǎn)長期由美國Stable Laser Systems(SLS)、澳大利亞Liquid Instruments公司、美國Advanced Thin Films(ATF)、美國MS等國外公司壟斷。
近年來,我國光學(xué)超穩(wěn)腔國產(chǎn)化工作也取得了重要突破,相關(guān)研究單位及企業(yè)包括華中科技大學(xué)、北京大學(xué)長三角光電科學(xué)研究院、中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院(APM)、天之衡量子科技、天津集智航宇科技股份有限公司等。
新思界行業(yè)分析人士表示,目前天之衡量子科技已實現(xiàn)以超穩(wěn)光學(xué)腔為核心模塊的超穩(wěn)腔系統(tǒng)定制和市場化供應(yīng),包括超穩(wěn)腔核心模塊、超高真空腔、超穩(wěn)腔耦合光路等;天津集智航宇科技已開發(fā)出超穩(wěn)腔、耦合光路、全數(shù)字激光自動鎖頻控制器等多種高性能超穩(wěn)系統(tǒng),核心Finesse精細度指標(biāo)達到了100萬以上。
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